(57)【要約】【課題】  スペーサ層を構成するＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の膜厚バランスを最適にすることにより、同じキャリア濃度のドーピングでも従来技術に比べてＨＥＭＴの電子移動度を高くすることにある。【解決手段】  ＨＥＭＴのチャネル層５として混晶比ｙが０．１５〜０．３０のＩｎyＧａ(1-y)Ａｓ層を５〜１５nｍの膜厚で形成し、またスペーサ層６（又は４）にＡｌＧａＡｓ層６ａ（又は４ａ）とＧａＡｓ層６ｂ（又は４ｂ）の組み合わせを用い、そのＡｌＧａＡｓ層６ａ又は４ａとして、混晶比ｘが０．２６〜０．５０のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でキャリア供給層７（又は３）側に形成し、またＧａＡｓ層６ｂ（４ｂ）を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でチャネル層５側に形成し、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を合わせたスペーサ層６（又は４）の膜厚を１０ｎｍを超えない厚さとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体を用いた半絶縁性の基板上に、バッファ層、キャリアが走行するチャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、コンタクト層を有するIII−Ｖ化合物半導体の製造方法において、
上記チャネル層として混晶比ｙが０．１５〜０．３０のＩｎyＧａ(1-y)Ａｓ層を５〜１５nｍの膜厚で形成し、
また上記スペーサ層にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の組み合わせを用い、そのＡｌＧａＡｓ層として混晶比ｘが０．２６〜０．５０のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でキャリア供給層側に形成し、またＧａＡｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でチャネル層側に形成し、
ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を合わせたスペーサ層の膜厚を１０ｎｍを超えない厚さとすることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体製造方法。
【請求項２】
化合物半導体を用いた半絶縁性の基板上に、バッファ層、キャリア供給層、スペーサ層、キャリアが走行するチャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、コンタクト層を有するIII−Ｖ化合物半導体の製造方法において、
上記チャネル層として混晶比ｙが０．１５〜０．３０のＩｎyＧａ(1-y)Ａｓ層を５〜１５nｍの膜厚で形成し、
また上記スペーサ層にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の組み合わせを用い、そのＡｌＧａＡｓ層として混晶比ｘが０．２６〜０．５０のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でキャリア供給層側に形成し、またＧａＡｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でチャネル層側に形成し、
上記スペーサ層の膜厚を、上下のスペーサ層のＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を合わせたトータルの膜厚が２０ｎｍを超えない厚さとすることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法において、 
上記Ｖ族原料として、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）を用いることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体製造方法。
【請求項４】
請求項１〜3のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法において、 
上記III族原料として、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）を用いることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法において、 
希釈用ガスとしてＨ2（水素）、Ｎ2（窒素）またはＡｒ（アルゴン）を用いることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トランジスタ）などの電子デバイスに用いられるIII−Ｖ族化合物半導体結晶、詳しくは、電子を供給するイオン化されたドナーが存在するキャリア供給層とキャリア供給層から供給された電子がキャリアとして走行するチャネル層とがスペーサー層により空間的に分離されたＨＥＭＴの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などの化合物半導体はＳｉ（シリコン）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。代表例としてＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が挙げられ、携帯電話の送信用マイクロ波増幅器や衛星放送用受信アンテナの高周波増幅器に用いられている。
【０００３】
ＨＥＭＴの種類としては、チャネル層（電子走行層）に使用する材料により、ＧａＡｓを用いたＣ−ＨＥＭＴ（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ−ＨＥＭＴ）と、ＩｎＧａＡｓを用いたひずみ系のｐ−ＨＥＭＴ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ−ＨＥＭＴ）に分かれる。現在主流はｐ−ＨＥＭＴである。
【０００４】
このｐ−ＨＥＭＴをキャリア供給層の材料から見ると、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ系に分かれる。現在最も多く使われているのはＡｌＧａＡｓである。この材料はＧａＡｓに格子整合し、かつＡｌ混晶比を変えることでバンド間エネルギーギャップを容易に制御できる。
【０００５】
またキャリア供給層の総数に注目すると、キャリア供給層がＩｎＧａＡｓチャネル上に一層のシングルドープタイプ（ここではＳ−ＨＥＭＴと呼ぶ）と、チャネル下にも供給層を有したダブルドープタイプ（ここではＤ−ＨＥＭＴと呼ぶ）に分けられる。前者のＳ−ＨＥＭＴは最もポピュラーな構造で、この構造によるトランジスタは、衛星放送のコンバータに不可欠な低雑音アンプ用として広く普及している。一方、後者のＤ−ＨＥＭＴはデジタル通信用高出力アンプとして、ここ数年盛んに研究・開発され、実用化も急速にすすみ、現在最も普及しているタイプである。この構造では、上下両方から電子が供給されることから、シートキャリア濃度の高いチャネルが実現できる。この薄型ウェハを使用すれば、デジタル方式のトランジスタにおいて低ひずみで非常に高い電力が得られる。
【０００６】
図３にＤ−ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの概略構造を示す。
【０００７】
このＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性の基板１上に結晶成長させたバッファ層２、キャリア供給層３、スペーサ層４、チャネル層（電子走行層）５、スペーサ層６、キャリア供給層７及びコンタクト層９で構成されている。 
【０００８】
基板１は単結晶成長させるための下地である。 バッファ層２は基板１の表面の残留不純物によるデバイス特性の劣化を防止する働きや、チャネル層５からのリーク電流を防止する働きがある。 チャネル層５は自由電子が流れる層であり、高純度である必要がある。 スペーサ層４、６は、チャネル層５の自由電子がキャリア供給層７のｎ型不純物によってイオン散乱されるのを抑止する働きがある。 キャリア供給層７はｎ型不純物がドーピングされており、発生した自由電子をチャネル層５へ供給する。 コンタクト層９は電極を形成するための層である。 
【０００９】
表１はＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの構造例を示す表である。 
【００１０】
【表１】
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結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エピタキシャル層の名称の（ｎ−）、（ｉ−）はそれぞれエピタキシャル層がｎ型、半絶縁性であることを表している。厚さの単位は「ｎｍ（１０-9ｍ）」である。キャリア濃度の単位は「ｃｍ-3」である。 また例えば「Ａｌ0.25ＧａＡｓ」はＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを簡略化したものであり、ＡｌとＧａとの比が０．２５：０．７５であることを意味する。他の化合物についても同様である。
【００１１】
表１に示したＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を以下に述べる。
【００１２】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性の基板１をサセプタ（図示せず）にセットし、成長炉（図示せず）内で加熱する。成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層が成長する。 
【００１３】
ｉ−ＧａＡｓを成長させるときには、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）とＡｓ原料のＡｓＨ3（アルシン）を基板に供給する。尚、Ｇａ原料としては他にＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料としては他にＡｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）が挙げられる。 
【００１４】
ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを成長させるときには、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＡｌ原料のＡｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）を基板に供給する。尚、Ａｌ原料として他にＡｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）が挙げられる。 
【００１５】
ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓを成長させるときには、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＩｎ原料のＩｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）を基板に供給する。尚、Ｉｎ原料として他にＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）が挙げられる。 
【００１６】
ｎ−ＧａＡｓを成長させるときには、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやＳｅ（セレン）が挙げられる。Ｓｉ原料としてはＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）が挙げられる。Ｓｅ原料としてはＨ2Ｓｅ（セレン化水素）が挙げられる。 
【００１７】
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを成長させるときには、Ａｌ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を基板に供給する。 
【００１８】
上記の様に構成されたＤ−ＨＥＭＴは、チャネル層（電子走行層）にＧａＡｓよりも電子移動度の高いＩｎＧａＡｓを用いると共に、キャリア供給層からチャネル層により多くの電子を供給し、チャネル層に供給された電子を高電子移動度で走行させるべく、キャリア供給層をチャネル層の上下面に設けたものであり、チャネル層にＧａＡｓと比較して電子親和力が大きく、電子移動度も大きなＩｎＧａＡｓを用いているために、基板及びチャネル層にＧａＡｓ、キャリア供給層及びスペーサ層にＡｌＧａＡｓを用いたＧａＡｓ−ＨＥＭＴを上回る高電子移動度を示すと共に、これまでに確立されてきたＧａＡｓ基板系デバイスの諸プロセス技術を応用できることから高周波デバイスとして認知されている。
【００１９】
ここで、更にデバイスとしての性能を有効に向上させるためには、デバイス動作時にキャリア供給層からチャネル層へ供給される電子密度を高めると共に、原子・イオンによる電子の散乱を抑えることが必要であり、スペーサ層はイオン化されたドナーが存在するキャリア供給層とキャリア（電子）が走行するチャネル層とを空間的に分離することによって、電子の移動の妨げとなるクーロン散乱を抑制し、チャネル表面において高い電子移動度を保つことを可能とするものである。即ち、スペーサ層によりクーロン散乱を抑制するためには、スペーサ層膜厚が大きい方が好ましいといえる。
【００２０】
しかしながら、スペーサ層の膜厚を大きくすると、ＡｌＧａＡｓとＩｎＧａＡｓのバンドギャップの差が大きいことに起因して、キャリア供給層からの電子がチャネル層に供給され難く、キャリア供給層からチャネル層への電子の供給が充分に行われず、チャネル層表面で高い電子密度を得ることができないという不具合があった。
【００２１】
そこで、かかる不具合に対応して、ダブルへテロ構造（ダブルドープタイプ）のｐ−ＨＥＭＴにおいて、キャリア供給層からチャネル層への電子の供給を高めるべく、スペーサ層にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の２層を用いることが公知となっている（特許文献１参照）。
【００２２】
即ち、図５に示す様に、スペーサ層４、６にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とを用いて、キャリア供給層７側にＧａＡｓと比較すると電子親和力が小さくバンドギャップが大きいＡｌＧａＡｓの層１０７を形成し、チャネル層５側にＧａＡｓの層１０８を形成するという２層構造にすることにより、スペーサ層とチャネル層の界面をＧａＡｓとＩｎＧａＡｓのヘテロ接合とし、上記したＡｌＧａＡｓとＩｎＧａＡｓのヘテロ接合と比較してエネルギー障壁を低くすることによって、キャリア供給層からチャネル層への電子の供給が円滑に行われることを期待したものである。
【特許文献１】特開２００４−１４００４２号公報（段落番号０００７〜０００９、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、ｐ−ＨＥＭＴの性能を高めるためには、単に特許文献１のようにスペーサ層をＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の２層で構成するだけでは十分でなく、両層を最適な膜厚バランスで構成する必要がある。
【００２４】
ここで、表１に示すような構造のＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを作製し、ＨＥＭＴの重要な特性であるシートキャリア濃度と電子移動度とをｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法により測定した。シートキャリア濃度とは自由電子の面密度であり、単位は「ｃｍ-2」である。電子移動度は自由電子の移動しやすさを表し、単位は「ｃｍ2／Ｖ・ｓ」である。 
【００２５】
図４はシートキャリア濃度と電子移動度との関係を示す図であり、横軸がシートキャリア濃度軸であり、縦軸が電子移動度軸である。 
【００２６】
ＨＥＭＴデバイスの特性は、電子移動度が高いほど向上する。ところが、図４から分かるように、従来技術で電気抵抗を下げるためにキャリアのドーピング量を上げると電子移動度が下がってしまう。これはドーピングされたキャリアが電子の動きを妨げる働きをするためである。
【００２７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、スペーサ層を構成するＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の膜厚バランスを最適にすることにより、同じキャリア濃度のドーピングでも従来技術に比べて電子移動度を高くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００２９】
請求項１の発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体製造方法は、化合物半導体を用いた半絶縁性の基板上に、バッファ層、キャリアが走行するチャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、コンタクト層を有するIII−Ｖ化合物半導体の製造方法において、上記チャネル層として混晶比ｙが０．１５〜０．３０のＩｎyＧａ(1-y)Ａｓ層を５〜１５nｍの膜厚で形成し、また上記スペーサ層にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の組み合わせを用い、そのＡｌＧａＡｓ層として混晶比ｘが０．２６〜０．５０のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でキャリア供給層側に形成し、またＧａＡｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でチャネル層側に形成し、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を合わせたスペーサ層の膜厚を１０ｎｍを超えない厚さとすることを特徴とする。これにはシングルドープＨＥＭＴを形成する形態と、ダブルドープＨＥＭＴを形成する形態の双方が含まれる。
【００３０】
請求項２の発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体製造方法は、化合物半導体を用いた半絶縁性の基板上に、バッファ層、キャリア供給層、スペーサ層、キャリアが走行するチャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、コンタクト層を有するIII−Ｖ化合物半導体の製造方法において、上記チャネル層として混晶比ｙが０．１５〜０．３０のＩｎyＧａ(1-y)Ａｓ層を５〜１５nｍの膜厚で形成し、また上記スペーサ層にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の組み合わせを用い、そのＡｌＧａＡｓ層として混晶比ｘが０．２６〜０．５０のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でキャリア供給層側に形成し、またＧａＡｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でチャネル層側に形成し、上記スペーサ層の膜厚を、上下のスペーサ層のＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を合わせたトータルの膜厚が２０ｎｍを超えない厚さとすることを特徴とする。これはダブルドープＨＥＭＴを形成する形態を特定したものである。
【００３１】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法において、 上記Ｖ族原料として、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）を用いることを特徴とする。
【００３２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法において、 上記III族原料として、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）を用いることを特徴とする。
【００３３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体製造方法において、 希釈用ガスとしてＨ2（水素）、Ｎ2（窒素）またはＡｒ（アルゴン）を用いることを特徴とする。
【００３４】
＜発明の要点＞
ＨＥＭＴの特性向上のためには、電子移動度を高くすることが非常に重要である。ＨＥＭＴでは、キャリア供給層にドーピングされたｎ型不純物が自由電子を放出する。放出された自由電子は、２次元電子ガスとして電子走行層に溜まる。電子走行層は高純度であるため、不純物による散乱が少なく、電子移動度が高いという特徴がある。
【００３５】
ところが、キャリア供給層にはｎ型不純物がドーピングされているため、電子の走行するチャネル層の自由電子がイオン散乱される。さらに、微量ではあるが、キャリア供給層のｎ型不純物がスペーサ層に拡散する。スペーサ層は、キャリア供給層中のｎ型不純物によるイオン散乱の影響を少なくする働きがあり、スペーサ層にｎ型不純物が存在してしまうと、電子移動度を低下させる原因になる。
【００３６】
また、ＩｎＧａＡｓチャネル層中のＩｎ原子は、エピタキシャル結晶成長中に上下のＡｌＧａＡｓ層中に拡散しやすい傾向があり、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ界面の急峻性を悪化させ、やはり電子移動度を低下させる原因になる。
【００３７】
これらの現象を避けるためには、従来のスペーサ層であるＡｌＧａＡｓ層とチャネル層であるＩｎＧａＡｓ層の間に更にＧａＡｓ層を挿入して、チャネル層からＡｌＧａＡｓ層を離し、これによってチャネル層とキャリア供給層を空間的に確実に分離すること、つまりスペーサ層をＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の２層から構成することが有効である。
【００３８】
そこで本発明では、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の組み合わせとすると共に、スペーサ層を構成するＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の膜厚バランスを最適にすることにより、同じキャリア濃度のドーピングでも従来技術に比べて電子移動度を高くする技術を提供するものである。
【００３９】
すなわち、本発明は、上記チャネル層として混晶比ｙが０．１５〜０．３０のＩｎyＧａ(1-y)Ａｓ層を５〜１５nｍの膜厚で形成し、また上記スペーサ層にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の組み合わせを用い、そのＡｌＧａＡｓ層として混晶比ｘが０．２６〜０．５０のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でキャリア供給層側に形成し、またＧａＡｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でチャネル層側に形成し、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を合わせたスペーサ層の膜厚を１０ｎｍを超えない厚さとするものである。
【００４０】
ここでＩｎyＧａ(1-y)Ａｓチャネル層の混晶比ｙを０．１５〜０．３０としたのは、チャネルとして充分な量子井戸の深さを得るためである。また５〜１５nｍの膜厚としたのは、５ｎｍ未満ではチャネルとして充分な量子井戸の幅を得られないためであり、１５ｎｍを超えると非格子整合系成長の臨界膜厚の関係で結晶性が落ちてしまうからである。
【００４１】
またスペーサ層のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の混晶比ｘを０．２６〜０．５０としたのは、充分なキャリアの閉じ込め効果を得るためであり、また０．１〜７．０ｎｍの膜厚としたのは、ドーピング層からのキャリアの供給効率を下げないようにするためである。
【００４２】
さらにまた、スペーサ層のＧａＡｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚としたのは、Ｉｎの拡散を押え、かつドーピング層からのキャリアの供給効率を下げないようにするためである。
【００４３】
従来技術では、ＨＥＭＴデバイスの抵抗を下げるためにキャリアのドーピング量を上げると移動度が下がってしまい性能が落ちてしまう。しかし、本発明のように、スペーサ層にＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を組み合わせて使用し、かつスペーサ層を構成するＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の膜厚バランスを最適にすることにより、同じキャリア濃度のドーピングでも、従来技術に比べて電子移動度を高くすることができる。
【００４４】
具体的に、図２を参照して従来技術と本発明との相違を説明する。 
【００４５】
図２はＨＥＭＴのシートキャリア濃度と電子移動度との関係を示す図であり、横軸がシートキャリア濃度軸であり、縦軸が電子移動度軸である。 
【００４６】
同図より、表１で示した従来技術ではスペーサ層にｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用いているためＨＥＭＴの電子移動度が低いが、本発明ではスペーサ層にｉ−ＧａＡｓとｉ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓを用いることにより電子移動度が高くなることが分かる。 
【００４７】
なお、特許文献１は、スペーサー層とチャネル層の界面をＧａＡｓとＩｎＧａＡｓのヘテロ接合とし、ＡｌＧａＡｓとＩｎＧａＡｓのヘテロ接合と比較してエネルギー障壁を低くして、キャリア供給層からチャネル層への電子の供給を従来より円滑に行わせるものであり、本発明とは考え方の基礎を異にする。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、従来のスペーサ層であるＡｌＧａＡｓ層とチャネル層であるＩｎＧａＡｓ層の間に更にＧａＡｓ層を挿入して、チャネル層からＡｌＧａＡｓ層を離し、また、スペーサ層を構成するＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の膜厚バランスを最適にしたので、同じキャリア濃度のドーピングでも、従来技術に比べて電子移動度を高くすることができる。
【００４９】
また本発明では、スペーサ層に高混晶のＡｌＧａＡｓを用いているので、シートキャリア濃度のウェハ面内ばらつきを大きくすることなく、電子移動度を高くすることができる。
【００５０】
本発明により電子移動度を高くすると、ＨＥＭＴデバイスの特性が向上する。このＨＥＭＴデバイスの特性向上により、衛星放送受信用パラボラアンテナの小型化や携帯電話の低消費電力化などの効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００５２】
本発明の一実施例に係るＤ−ＨＥＭＴの構造を図１に示す。これはＨＥＭＴの電子移動度を高くするために、図３のスペーサ層４にＡｌＧａＡｓ層４ａとＧａＡｓ層４ｂを組み合わせて用い、スペーサ層６にＡｌＧａＡｓ層６ａとＧａＡｓ層６ｂを組み合わせて用いたものである。
【００５３】
図１におけるエピタキシャル層名称中のｎ−、ｉ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、半絶縁性であることを表している。
【００５４】
図示するように、ｉ−ＩｎyＧａ(1-y)Ａｓチャネル層５をはさんで上下にｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓキャリア供給層３、７を配し、その両者間にスペーサ層４、６を挿入している。このうち下側のスペーサ層４は、キャリア供給層３側のＡｌＧａＡｓ層４ａと、チャネル層５側のＧａＡｓ層４ｂから成る。同様に上側のスペーサ層６は、キャリア供給層３側のＡｌＧａＡｓ層６ａと、チャネル層５側のＧａＡｓ層６ｂから成る。ＡｌＧａＡｓ層６ａは混晶比ｘが０．２６〜０．５０のＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を０．１〜７．０ｎｍの膜厚でキャリア供給層７側に形成している。またＧａＡｓ層６ｂを０．１〜７．０ｎｍの膜厚でチャネル層５側に形成している。
【００５５】
すなわち、ＧａＡｓから成る半絶縁性の基板１上に、まずバッファ層２としてｉ−ＧａＡｓ（厚さ５００ｎｍ）、ｉ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ＝０．２５、厚さ１００ｎｍ）、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ５００ｎｍ）、ｉ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ＝０．２５、厚さ１００ｎｍ）を設けた。その上に、キャリア供給層３としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ＝０．２５、厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度２．５×１０18ｃｍ-3）を設けた。
【００５６】
次に、キャリア供給層３の上に、スペーサ層４の下層（ＡｌＧａＡｓ層４ａ）として、ｉ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ＝０．２６〜０．５０、厚さ０．１〜０．７ｎｍ）を設け、更にその上に、スペーサ層４の上層（ＧａＡｓ層４ｂ）として、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ０．１〜０．７ｎｍ）を設けた。その上に、チャネル層５としてｉ−ＩｎyＧａ(1-y)Ａｓ（ｙ＝０．１５〜０．３０、厚さ５〜１５ｎｍ）を設けた。
【００５７】
また、チャネル層５の上に、スペーサ層６の下層（ＧａＡｓ層６ｂ）としてｉ−ＧａＡｓ（厚さ０．１〜０．７ｎｍ）を設け、その上にスペーサ層６の上層（ＡｌＧａＡｓ層６ａ）として、ｉ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ＝０．２６〜０．５０、厚さ０．１〜０．７ｎｍ）を設けた。
【００５８】
そのスペーサ層６の上に、キャリア供給層７として、ｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ＝０．２５、厚さ１５ｎｍ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）を設け、その上に更にゲートコンタクト層８としてｉ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ＝０．２５、厚さ５０ｎｍ）を設け、その上にコンタクト層９としてｎ−ＧａＡｓ（厚さ１５０ｎｍ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）を設けた。
【００５９】
このように構成することにより、Ｉｎ原子のｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側への拡散を抑止し、ヘテロ界面の界面特性を向上させてキャリア（電子）の移動度μを向上させることができる。
【実施例】
【００６０】
上記のＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層を組み合わせたスペーサ層４、６の効果を調べるため、表２に示す評価用構造のＧａＡｓエピタキシャルウェハを、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって試作した。成長方法には、有機金属気相成長法の他、分子線エピタキシー法、液相エピタキシャル成長法等のエピタキシャル成長法を用いることもできる。
【００６１】
【表２】
2006286755.tif 000004
成長時の基板温度を６６０℃とし、成長炉内圧力を９３３３Ｐａ（約７０Ｔｏｒｒ）とし、希釈用ガスを水素とした。 
【００６２】
基板１には半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いた。 
【００６３】
ｉ−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は７０ｃｃ／分である。ＡｓＨ3の流量は２５０ｃｃ／分である。
【００６４】
ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は０．０３Ｌ／分（３０ｃｃ／分）であり、Ａｌ（ＣＨ3）3の流量は０．０６Ｌ／分（６０ｃｃ／分）であり、ＡｓＨ3の流量は０．５Ｌ／分（５００ｃｃ／分）である。 
【００６５】
ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は０．０４Ｌ／分（４０ｃｃ／分）であり、Ｉｎ（ＣＨ3）3の流量は０．１５Ｌ／分（１５０ｃｃ／分）であり、ＡｓＨ3の流量は０．５Ｌ／分（５００ｃｃ／分）である。 
【００６６】
スペーサ層（ＡｌＧａＡｓ層４ａ、６ａ）のｉ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓ層の成長にはｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層と同じＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は０．０２Ｌ／分（２０ｃｃ／分）であり、Ａｌ（ＣＨ3）3の流量は０．１Ｌ／分（１００ｃｃ／分）であり、ＡｓＨ3の流量は０．７Ｌ／分（７００ｃｃ／分）である。 
【００６７】
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の成長には、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6を使用した。Ｓｉ2Ｈ6の流量を０．０５Ｌ／分（５０ｃｃ／分）とした。Ｓｉ2Ｈ6以外の原料の流量はｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の場合と同様である。 
【００６８】
ｎ−ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6を用いた。Ｓｉ2Ｈ6の流量は０．１Ｌ／分（１００ｃｃ／分）である。Ｓｉ2Ｈ6以外の原料の流量はｉ−ＧａＡｓ層の場合と同様である。 
【００６９】
上記条件で成長したＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのシートキャリア濃度と電子移動度の測定結果を図２に示した。
【００７０】
同図より、表１で示した従来技術のＨＥＭＴではスペーサ層にｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用いているためＨＥＭＴの電子移動度が低いが、本実施例の表２のＨＥＭＴでは、スペーサ層にｉ−ＧａＡｓとｉ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓを用いているため、従来技術より電子移動度が高いことが分かる。 
【００７１】
＜他の実施例、変形例＞
本発明はＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのスペーサ層に関しての製造方法であるが、他の電子デバイスに用いられるIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル層の製造にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態に係るＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの構造図である。
【図２】本発明の一実施例に係るシートキャリア濃度と電子移動度との関係を従来技術と比較して表した図である。
【図３】本発明の一実施例を示すＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの縦断面図である。
【図４】従来技術のＨＥＭＴのシートキャリア濃度と電子移動度との関係を表した図である。
【図５】従来技術のＨＥＭＴのスペーサ層の構造を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  基板
２  バッファ層
３  キャリア供給層
４  スペーサ層
４ａ  ＡｌＧａＡｓ層
４ｂ  ＧａＡｓ層
５  チャネル層
６  スペーサ層
６ａ  ＡｌＧａＡｓ層
６ｂ  ＧａＡｓ層
７  キャリア供給層
８  ゲートコンタクト層
９  コンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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